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《基于arm和cpld的nmr谱仪前放控制设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、波谱学杂志第26卷第3期Vol.26No.32009年9月ChineseJournalofMagneticResonanceSep.2009文章编号:100024556(2009)0320351208基于ARM和CPLD的NMR谱仪前放控制设计1,21,21,213王文娟,胡鹏,毛文平,刘朝阳[1.波谱与原子分子物理国家重点实验室,武汉磁共振中心(中国科学院武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071;2.中国科学院研究生院,北京100094]摘要:提出了一种基于ARM(AdvancedRISCMachine,先进精简指令计算机)和CPLD(ComplexProgramm
2、ableLogicDevice,复杂可编程逻辑器件)的NMR(NuclearMagneticRes2onance,核磁共振)谱仪前放控制系统设计方案.该控制系统以ARM为控制核心、CPLD为控制命令执行单元,控制前置放大器和混频器的工作状态.本电路包括以下主要功能:1)前置放大器收发切换的门控信号电平转换;2)氘梯度匀场时身频通道自动切换;3)探头调谐的信息显示;4)锁前放和混频器的配置.该设计方案具有系统运行速度高、控制灵活和成本低的优点,并且可以有效减小系统噪声,降低控制部件对前置放大器和混频器的干扰.关键词:核磁共振(NMR);氘梯度匀场;探头调谐;前放控制中图分类
3、号:O482.53文献标识码:A引言在NMR谱仪中,前放控制机柜是谱仪硬件系统的一部分,由高带前置放大器、宽[1]带前置放大器(下文以高带前放和宽带前放简称)、混频器和前放控制系统组成.高带前放和宽带前放的功能是放大来自探头的FID(FreeInductionDecay,自由感应衰减)信号;混频器将接收的FID信号转换为一个固定的中频;前放控制系统为NMR谱仪提供若干重要控制信号,与控制台连接并通信,实现对高带前放、宽带前放、锁前放和混频收稿日期:2009202218;收修改稿日期:2009203209基金项目:国家自然科学基金资助项目(10675162),科技支撑计划资
4、助项目(2006BAK03A22).作者简介:王文娟,女,湖北人,硕士研究生,无线电物理专业.3通迅联系人:刘朝阳,电话:027287199686,E2mail:chyliu@wipm.ac.cn.352波谱学杂志第26卷器工作状态的控制,是前放控制机柜中不可缺少的部分.现代NMR谱仪朝数字化的方向发展,基于ARM和CPLD芯片设计前放控制系统,不仅可以提高系统运行速度与控制灵活性,还能降低成本.另外,使用ARM的休眠模式,整个系统在低功耗模式中工作,可以减小噪声,降低对前置放大器和混频器的干扰.本文研发的系统可应用于自制的500MHzNMR谱仪.1前放控制系统设计本文中
5、NMR谱仪前放控制系统采用ARM和CPLD实现控制功能,ARM芯片采用ATMEL公司的AT91SAM7S64,它具有高达64kB的内存作为数据缓冲区,能够实[2-4]现快速读取,丰富的外设资源可以满足系统需求.AT91SAM7S64实现的功能模块(如图1)有:与PC(Personalcomputer,个人计算机)机通信的USART(UniversalSyn2chronousAsynchronousReceiverTransmitter,通用同步异步接收传送器)通信模块;与CPLD通信的SPI(SerialPeripheralInterface,串行外围设备接口)模块;LE
6、D(LightE2mittingDiode,发光二极管)译码模块;射频通道信息和扫描带宽值的键盘设定模块;调谐反射信号的ADC(Analog2to2DigitalConverter,模拟/数字转换器)转换模块.CPLD引脚资源丰富,可以弥补AT91SAM7S64芯片引脚的不足,并且它作为前放、混频器的硬件保护措施更加可靠,因此设计中采用了MAXⅡ系列芯片EPM240T100C5,用户可用引脚为80个.EPM240T100C5实现的功能模块(如图1)有:与ARM通信的SPI模块;调谐前的控制模块;混频器、锁前放、宽带前放和高带前放门控信号模块;氘梯度匀场实验时发射与接收通道
7、路径切换的模块;LED显示模块.图1前放控制系统功能模块图Fig.1Functionalmodulesofthepreamplifiercontrolsystem1.1ARM与CPLD之间的SPI通信模块AT91SAM7S64芯片片内带有外设SPI,设计的重点在软件控制部分.EPM240T100C5通过Verilog程序扩展SPI接口(包括MOSI(主机发送从机接收线),MISO(主机接收从机发送线),SPCK(时钟信号),NPCS0(片选线)),接收数据并对数据进行译码分类发送到其他控制模块.ARM与CPLD通信时,ARM工
